1引言

在現(xiàn)代制造業(yè)中，微小孔加工的數(shù)量日益增多，對(duì)其加工質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。因此，微小孔的高效、高質(zhì)量、低成本加工已成為現(xiàn)代制造技術(shù)中一項(xiàng)極為重要的研究課題。振動(dòng)鉆削新工藝融振動(dòng)理論和切削理論于一體，改變了傳統(tǒng)鉆削中刀具與工件之間的時(shí)空關(guān)系和鉆削機(jī)理，其良好的工藝效果已引起國(guó)內(nèi)外普遍關(guān)注。但有關(guān)振動(dòng)鉆削的理論和實(shí)驗(yàn)研究工作尚處于起步階段，還存在大量需要探討的理論問(wèn)題和亟待開發(fā)的實(shí)用技術(shù)。

振動(dòng)鉆削過(guò)程中的鉆削力是直接影響鉆頭壽命和鉆孔質(zhì)量的重要因素。由于振動(dòng)鉆削微小孔時(shí)產(chǎn)生的鉆削力非常小且不易測(cè)量，因而在一定程度上阻礙了對(duì)微小孔振動(dòng)鉆削機(jī)理的研究。為此，我們研制開發(fā)了高靈敏度、高精度的微小孔鉆削力測(cè)量系統(tǒng)。有了鉆削力測(cè)試手段，就可對(duì)微小孔振動(dòng)鉆削的力學(xué)特性進(jìn)行理論與實(shí)驗(yàn)研究，深入探討微小孔的振動(dòng)鉆削機(jī)理，促進(jìn)微小孔振動(dòng)鉆削工藝的進(jìn)一步發(fā)展。

由于鉆頭的幾何形狀比較復(fù)雜，所以構(gòu)建振動(dòng)鉆削的力學(xué)模型尤為復(fù)雜。迄今，根據(jù)切削力學(xué)構(gòu)建振動(dòng)鉆削力學(xué)模型方面的研究還不多見，且一些研究結(jié)果對(duì)理論模型作了過(guò)多簡(jiǎn)化，很難與實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確吻合。在實(shí)際鉆削加工中通常使用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算鉆削力。由于振動(dòng)鉆削力受振動(dòng)頻率、振幅、進(jìn)給量等的影響并存在交互作用，故建立切削力經(jīng)驗(yàn)公式的傳統(tǒng)方法不適用于振動(dòng)鉆削。為此，本文采用多元正交多項(xiàng)式回歸實(shí)驗(yàn)來(lái)建立鉆削力關(guān)于頻率、振幅、進(jìn)給量的非線性回歸方程。

2微小孔鉆削測(cè)力儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

典型的鉆削測(cè)力儀結(jié)構(gòu)主要有薄壁圓筒式和桁架立式變形筋式。薄壁圓筒式結(jié)構(gòu)的測(cè)力儀外形較高，抗偏心載荷及側(cè)向力的能力較差，對(duì)力作用點(diǎn)位置較敏感。桁架立式變形筋式結(jié)構(gòu)用于大、中量程的鉆削測(cè)力儀時(shí)性能較好，但用于測(cè)量微小孔鉆削力時(shí)其靈敏度不易達(dá)到要求。輪輻式彈性體可同時(shí)用于測(cè)量軸向力和扭矩，具有優(yōu)良的自然線性度，受力時(shí)位移較小，對(duì)力作用點(diǎn)位置不敏感，儀器外形較低，可承受較大側(cè)向力，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，普遍用于中等量程的高精度傳感器中。當(dāng)用于小量程傳感器時(shí)，由于彈性體幾何尺寸較小，加工和裝配均較困難。

在黃銅材料工件上鉆削Ø0.5mm孔時(shí)，產(chǎn)生的軸向力約為6N，扭矩小于1N·mm。測(cè)量如此小的力，測(cè)力儀必須具有極高靈敏度。若采用輪輻式彈性體，彈性體厚度必須很小(約0.3mm)；若采用整體式結(jié)構(gòu)，其加工工藝性很差，難以達(dá)到要求的精度。為解決這一問(wèn)題，我們采用了高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠粘接的裝配式結(jié)構(gòu)，即將彈性體分為四個(gè)單獨(dú)的彈性薄片分別加工，再用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠粘接為一體(本測(cè)力儀所受載荷不大，粘接處強(qiáng)度可滿足要求)。這樣，彈性體較易加工，且可保證所需精度，從而解決了測(cè)力儀靈敏度與結(jié)構(gòu)及加工性之間的矛盾。研制的輪輻式鉆削測(cè)力儀可達(dá)到很高靈敏度，并具有較好加工性，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。